CN108542559A - 一种柔性抗冲击仿生拉压体膝关节 - Google Patents

一种柔性抗冲击仿生拉压体膝关节 Download PDF

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Abstract

一种柔性抗冲击仿生拉压体膝关节属机器人技术领域，本发明包含受压体(仿生股骨、仿生胫骨)和受拉体(仿生柔质韧带)，受拉体分别与受压体连接，形成仿生膝关节结构；受拉体的预应变和材料属性可调，能适应两足机器人的多种速度和负载状态。仿生股骨髁和仿生胫骨髁的仿人体骨骼曲面外形，使膝关节能产生三个自由度的转动，在面对高速或大载荷时，额状面和横断面内的转动能有效缓解外部力或力矩的冲击。受拉体与受压体互相连接形成一个空间三维拓扑结构，当其受到外载荷扰动时，会通过该拓扑结构将力传递到其他的受压体和受拉体，最终形成一种不需要能量输入的被动自稳定结构，可抵抗多维度机械阻抗、简化控制、减小能耗。

Description

一种柔性抗冲击仿生拉压体膝关节
技术领域
本发明属机器人技术领域，具体涉及一种柔性抗冲击仿生拉压体膝关节。
背景技术
目前双足机器人的膝关节为实现其运动自由度和稳定性，多被简化设计为机械式铰链连接结构(销子-轴承连接)。机器人在高速行走或者奔跑等高速动态运动过程中，铰链膝关节往往会承受较大的拉压、剪切、弯曲和扭转等多种类型载荷的作用，因此需要通过实时精确控制实现关节稳定，进而也使得系统的控制系统复杂化，提高了能耗。另外，在高速动态运动过程中，机器人足底受到地面的冲击作用力往往会对关节造成很大的冲击，从而使得机器人的刚性膝关节容易损坏，需要经常更换，由此，严重限制了机器人的运动性能提升和实用化。
而人体各关节在日常活动中不仅能保持各种静态、动态的姿势，承受各种类型的载荷，同时还能高效、长期的保持关节的健康与稳定。研究表明，这是因为人体的关节具有精细的骨骼系统，该系统又可细分为骨骼、软骨与韧带，多条韧带束缚骨骼连接形成关节并保证关节的稳定性。从生物力学角度来看，骨骼系统中的骨骼、软骨均主要承受压载荷，而韧带则主要承受拉力作用。由此，动物的腿部骨骼系统可视为是由具有空间拓扑结构特征的主要受拉的柔性韧带、与主要受压的刚性骨骼构成的有机体，是一种存在于生物体的特殊“拉压体结构”。
在人体的众多关节中，膝关节是最复杂的一个关节，它承载人体腿部和上身的重量，且能使腿部做灵活的屈伸运动。由拉压体结构的概念，膝关节包含的受压体有：股骨、胫骨、腓骨、半月板纤维软骨，受拉体有：内侧副韧带、腓侧副韧带、前交叉韧带、后交叉韧带、腘韧带、髌韧带。其中，股骨、胫骨、腓骨与半月板软骨主要承受关节压力；内、腓侧副韧带主要限制膝关节内旋/外旋和内翻/外翻运动，前、后交叉韧带和腘韧带主要限制膝关节的屈/伸运动和内旋/外旋运动，髌韧带主要限制膝关节的屈运动。人体膝关节依靠受拉体与受压体的紧密结合和相互作用，具备了抗冲击的柔性，还具有被动稳定自平衡特性。
综观上述双足步行机器人膝关节的研究现状及人体膝关节“拉压体”优异的结构特征，急需一种柔性抗冲击的仿生拉压体膝关节。
发明内容
本发明提了供一种基于人体骨骼肌肉系统“拉压体结构”理念的，应用于双足机器人的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节。
本发明由仿生股骨A、右侧仿生柔质侧韧带B1、左侧仿生柔质侧韧带B2、仿生柔质前交叉韧带C、右侧仿生柔质腘韧带D1、左侧仿生柔质腘韧带D2、右侧仿生柔质后交叉韧带E1、左侧仿生柔质后交叉韧带E2、仿生胫骨F和仿生柔质髌韧带G组成，其中右侧仿生柔质侧韧带B1经其上端螺栓组Ⅰ23，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅲ5螺纹连接；右侧仿生柔质侧韧带B1经其下端螺栓组Ⅰ24，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅠ15螺纹连接；左侧仿生柔质侧韧带B2经其上端螺栓组Ⅱ25，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅵ8螺纹连接；左侧仿生柔质侧韧带B2经其下端螺栓组Ⅱ26，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅢ17螺纹连接；仿生柔质前交叉韧带C经其上端螺栓组Ⅲ27，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅸ11螺纹连接；仿生柔质前交叉韧带C经其下端螺栓组Ⅲ28，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅧ22螺纹连接；右侧仿生柔质腘韧带D1经其上端螺栓Ⅳ29，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔Ⅴ7螺纹连接；右侧仿生柔质腘韧带D1经其下端螺栓Ⅳ30，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔ⅩⅦ19螺纹连接；左侧仿生柔质腘韧带D2经其上端螺栓Ⅴ31，与仿生股骨A中仿生股骨髁2左侧的螺纹孔Ⅷ10螺纹连接；左侧仿生柔质腘韧带D2经其下端螺栓Ⅴ32，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔ⅩⅥ20螺纹连接；右侧仿生柔质后交叉韧带E1经其上端螺栓组Ⅵ33，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅳ6螺纹连接；右侧仿生柔质后交叉韧带E1经其下端螺栓组Ⅵ34，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅤ18螺纹连接；左侧仿生柔质后交叉韧带E2经其上端螺栓组Ⅶ35，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅶ9螺纹连接；左侧仿生柔质后交叉韧带E2经其下端螺栓组Ⅶ36，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅣ21螺纹连接；仿生柔质髌带G经其上端螺栓组Ⅷ37与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅰ3螺纹连接；仿生柔质髌带G经其下端螺栓组Ⅷ38与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组Ⅹ14螺纹连接。
所述的仿生股骨A由股骨连接柱1和仿生股骨髁2组成，总高度L6为162mm；其中股骨连接柱1为圆柱形，高度L7为100mm，股骨连接柱设有由4个半径为3mm的孔组成的螺纹孔组Ⅱ4；仿生股骨髁2上部高度L8为15mm，宽度L9为19.6mm，顶部宽度L10为25mm；后侧壁块的倾斜角θ为160°；仿生股骨髁2下部总高度L1为48mm，总宽度L13为46.5mm，打孔带高度L2为14mm，接触带高度L3为10.5mm,宽度L4为11mm，倒圆角半径R为4.5mm,两接触带之间槽宽L5为27mm，内部槽高度L11为32.8mm；槽上方壁块轮廓曲线a1a2a3的数学表达式为：
Y＝0.0002x4-0.057x2-0.1919，x为45.17至43.11mm；壁块厚度L12为8.3mm；
仿生股骨髁2前端设有螺纹孔组Ⅰ3；仿生股骨髁2左右两侧的螺纹孔对称设置，其中左侧上部设有螺纹孔组Ⅲ5，左侧中部设有螺纹孔组Ⅳ6，左侧下部设有螺纹孔Ⅴ7；右侧上部设有螺纹孔组Ⅵ8，右侧中部设有螺纹孔组Ⅶ9，右侧下部设有螺纹孔Ⅷ10；仿生股骨髁2的内端设有螺纹孔组Ⅸ11；各螺纹孔半径为0.8mm；仿生股骨髁2下侧的外形轮廓线是根据人体股骨头的形状曲线以1.5:1的比例缩小而得，其右视的外围轮廓线由b1b2段线、b2b3段线、b3b4段线、b4b5段线、b5b6段线、b6b7段曲线圆滑连接而成；
所述b1b2段线的数学表达式为：x＝0.0159y2-0.8437y+11.179，其中y为33.95至16.41mm；
所述b2b3段线的数学表达式为：y＝0.0885x2-2.4499x+20.147，其中x为1.62至11.25mm；
所述b3b4段线的数学表达式为：y＝-0.0001x3+0.0285x2-1.1793x+13.624，其中x为11.25至34.27mm；
所述b4b5段线的数学表达式为：y＝0.0291x2-1.7256x+26.328，其中x为34.37至40.52mm；
所述b5b6段线的数学表达式为：
x＝0.00001y5-0.0009y4+0.0244y3-0.3706y2+3.4188y+31.085，其中y为4.24至22.17mm；
所述b6b7段线的数学表达式为：y＝-0.2324x2+18.975x-360.82，其中x为45.17至43.11mm；
仿生股骨髁2的顶部中心与股骨连接柱1的底端固接；仿生股骨髁2的下表面涂有铁氟龙材料。
所述的仿生胫骨F由仿生胫骨髁12和胫骨连接柱13组成，总高度L14为158mm；其中仿生胫骨髁12的下部高度L16为20mm；仿生股骨髁12顶部设有螺纹孔组ⅩⅧ22，前侧设有螺纹孔组Ⅹ14，左侧设有螺纹孔组ⅩⅠ15，右侧设有螺纹孔组ⅩⅢ17；后侧关于中心线f1f2左右对称，后左中部设有螺纹孔组ⅩⅣ21，后左下部设有螺纹孔ⅩⅥ20，后右中部设有螺纹孔组ⅩⅤ18，后右下部设有螺纹孔ⅩⅦ19；各螺纹孔半径为0.8mm；胫骨连接柱13为圆柱形，高度L15为100mm；设有螺纹孔组ⅩⅡ16；螺纹孔半径为3mm；
仿生胫骨髁12的俯视外形轮廓关于中心线c1c4左右对称，其左侧外形轮廓线由c1c2段线、c2c3段线和c3c4段线顺序圆滑连接而成；右侧的正视顶部轮廓为d1d2段线，右视顶部为e1e2段线、e2e3段线；
所述c1c2段线为竖直方向线段，其长度L17为7mm；
所述c2c3段线的数学表达式为：x＝-0.0002y4+0.0126y3-0.3211y2+3.9967y+7.4068，其中y为0至32.93mm；
所述c3c4段线的数学表达式为：y＝0.0266x2-0.1015x+29.459，其中x为0至13.43mm；
所述d1d2段线的数学表达式为：
y＝-0.000004x5+0.0003x4-0.0085x3+0.148x-1.2947x+4.0881，其中x为0至28mm；
所述e1e2段线的数学表达式为：x＝-0.00001y4+0.001y3-0.0063y-0.5966y+9.0071，其中y为6.17至34.5mm；
所述e2e3段线为竖直方向线段，其长度L12为6.17mm；
仿生胫骨髁12的底部与胫骨连接柱13的顶部中心固接，仿生胫骨髁12的上表面涂覆铁氟龙材料。
所述的右侧仿生柔质侧韧带B1和左侧仿生柔质侧韧带B2关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长45mm，宽16mm，厚5mm的长方体柔质弹性体，其中左侧仿生柔质侧韧带B2的正视方向轮廓线为g1g2段线和g2g3段线的圆滑连接线，右视方向的后边轮廓线为g4g5段线；
所述g1g2段线的数学表达式为：y＝-1.3486x2-163.07x-4771.3，其中x为1.3至11.6mm；
所述g2g3段线的数学表达式为：y＝0.151x2-20.641x+851.13，其中x为5.8至0mm；
所述g4g5段线的数学表达式为：y＝-0.6022x3+6.4514x2-22.968x+56.579，x为：7.2至0mm；
右侧仿生柔质侧韧带B1设有上端螺栓组Ⅰ23、下端螺栓组Ⅰ24；左侧仿生柔质侧韧带B2设有上端螺栓组Ⅱ25、下端螺栓组Ⅱ26。
所述的仿生柔质前交叉韧带C在连接之前为长39mm，宽12mm，厚3mm的长方体柔质弹性体，其右视方向的轮廓线为h1h2段线、h2h3段线、h3h4段线；
所述h1h2段线的数学表达式为：y＝0.0851x2-0.8904x，其中x为：0至5mm；
所述h2h3段线的数学表达式为：y＝1.0297x-7.4486，其中x为：5至23mm；
所述h3h4段线的数学表达式为：y＝-0.1007x2+5.5822x+58.893，其中x为：23至28mm；
仿生柔质前交叉韧带C设有上端螺栓组Ⅲ27、下端螺栓组Ⅲ28。
所述的右侧仿生柔质腘韧带D1和左侧仿生柔质腘韧带D2关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长47mm，宽8mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其中左侧仿生柔质腘韧带D2的正视方向轮廓线为i1i2段线、i2i3段线，右视方向的轮廓线为i4i5段线；
所述i1i2段线的数学表达式为：y＝0.0524x2-0.6674x，其中x为0至17.25mm；
所述i2i3段线的数学表达式为：y＝-1.7088x+56.615，其中x为17.25至10.87mm；
所述i4i5段线的数学表达式为：y＝0.0509x2-2.7109x，其中x为0至23.7mm；
右侧仿生柔质腘韧带D1设有上端螺栓Ⅳ29、下端螺栓Ⅳ30；左侧仿生柔质腘韧带D2设有上端螺栓Ⅴ31、下端螺栓Ⅴ32。
所述的右侧仿生柔质后交叉韧带E1和左侧仿生柔质后交叉韧带E2关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长39mm，宽10mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其中左侧仿生柔质后交叉韧带E2的正视方向轮廓线为j1j2段线、j2j3段线、j3j4段线，右视方向的轮廓线为j5j6段线、j6j7段线；
所述的j1j2段线的数学表达式为：y＝-17.3x+7.56,其中x为-1.05至0mm；
所述的j2j3段线的数学表达式为：y＝-0.65x+7.56,其中x为0至11.58mm；
所述的j3j4段线为竖直方向的直线，长度为2mm；
所述的j5j6段线为竖直方向的直线，长度为14mm；
所述的j6j7段线的数学表达式为：y＝-1.02x,其中x为0至-20.52mm；
右侧仿生柔质后交叉韧带E1设有上端螺栓组Ⅵ33、下端螺栓组Ⅵ34；左侧仿生柔质后交叉韧带E2设有上端螺栓组Ⅶ35、下端螺栓组Ⅶ36。
所述的仿生柔质髌带G在连接之前为长50mm，宽13mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其右视方向的轮廓曲线为k1k2段线,k2k3段线的圆滑连接线；
所述的k1k2段线的数学表达式为：y＝-8.5025x,其中x为0至-4.22mm；
所述的k2k3段线的数学表达式为：y＝-1.9851x2-2.1247x+62.435,其中x为-4.22至1.39mm；
仿生柔质髌带G设有上端螺栓组Ⅷ37、下端螺栓组Ⅷ38。
所述的右侧仿生柔质侧韧带B1、左侧仿生柔质侧韧带B2、仿生柔质前交叉韧带C、右侧仿生柔质腘韧带D1、左侧仿生柔质腘韧带D2、右侧仿生柔质后交叉韧带E1、左侧仿生柔质后交叉韧带E2和仿生柔质髌韧带G安装后，根据目标旋转角度0-90°，均需施加预应变，右侧仿生柔质侧韧带B1、左侧仿生柔质侧韧带B2的预应变为44.5％-55％，仿生柔质前交叉韧带C的预应变为13％-25％、右侧仿生柔质腘韧带D1、左侧仿生柔质腘韧带D2的预应变为20％-30％，右侧仿生柔质后交叉韧带E1、左侧仿生柔质后交叉韧带E2的预应变为23％-50％，仿生柔质髌韧带G的预应变为40％-60％；仿生柔质侧韧带组B、仿生柔质前交叉韧带C和仿生柔质髌韧带G的材料为弹性模量3.45-6.2MPa的聚氨酯，仿生柔质腘韧带组D、仿生柔质第后交叉韧带组E的材料为弹性模量3.45-4.5Mpa的硅胶。
本发明的工作过程和原理如下：
在具体实施过程中，矢状面内的屈曲/伸展运动是膝关节需要实现的运动，其他方向的平动和转动都需要加以限制。其中，仿生股骨A与仿生胫骨F通过各仿生柔质韧带相连接，仿生股骨髁2与仿生胫骨髁12产生接触，仿生股骨髁2与与仿生胫骨髁12外形曲线都是由人体股骨头和胫骨头的外形曲线按比例缩放而得，能够产生矢状面、额状面和横断面内的转动，且两者表面都涂有铁氟龙材料涂层，大大减小了相对运动的摩擦力，使得运动更加柔顺。
当膝关节处于直立状态时，仿生柔质侧韧带B组施加预紧力，限制膝关节在矢状面内的上/下移动，且右侧仿生柔质侧韧带B1限制了额状面的左翻转动，左侧仿生柔质侧韧带B2限制了右翻转动；仿生柔质腘韧带组D含有预紧力，限制了膝关节在额状面的前后移动，且右侧仿生柔质腘韧带C1限制了横断面的左旋转动，左侧仿生柔质腘韧带C2限制了右旋转动；仿生柔质后交叉韧带组E含有预紧力，限制膝关节在矢状面的仿生股骨A相对于仿生胫骨F的向前移动，并防止膝关节在矢状面产生屈曲的转动；仿生柔质前交叉韧带C含有预紧力，限制膝关节在矢状面的仿生股骨A相对于仿生胫骨F的向后移动，并防止膝关节在矢状面的产生过度伸展转动；仿生柔质髌韧带G此时处于不受力状态，不对膝关节运动产生限制。
在膝关节直立基础上，当膝关节在矢状面受到屈曲运动的力矩时，仿生柔质髌韧带G拉伸，并产生主要对抗屈曲运动的拉力；同时仿生柔质侧韧带组B的韧带前部、仿生柔质腘韧带组D和仿生柔质后交叉韧带组E均产生拉伸应变，并产生相应的拉力；此时，膝关节产生屈曲运动，由于在行走过程中，机器人膝关节在矢状面转动角度较小，因此本发明将膝关节最大屈曲角度设定为90°。
当膝关节在矢状面内受到伸展的力矩时，仿生柔质前交叉韧带C受拉，产生主要对抗伸展运动的拉力；同时仿生柔质侧韧带组B的韧带后部受拉，产生一定的拉力对抗伸展力矩；为了保持机器人的稳定性，膝关节不允许产生伸展运动，因此本发明仿生柔质前交叉韧带C采用杨氏模量大的聚氨酯材料，并施加大的预紧力，使得膝关节无法产生伸展运动。
当膝关节在额状面内受到左翻的力矩时，右侧仿生柔质侧韧带B1受拉，产生主要对抗左翻运动的拉力；右侧仿生柔质腘韧带D1和右侧仿生柔质后交叉韧带E1均产生拉伸应变，产生拉力。当膝关节在额状面内受到右翻力矩时，左侧仿生柔质侧韧带B2受拉，产生主要对抗右翻运动的拉力；左侧仿生柔质腘韧D2和左侧仿生柔质后交叉韧带E2均产生拉伸应变，产生拉力。当膝关节受到右翻/左翻的力矩，此时仿生柔质侧韧带组B的材料弹性模量和设置的预紧力都较大，膝关节不会产生右翻或者左翻运动，但若右翻/左翻力矩带给膝关节的冲量很大时，膝关节则会产生微小的右翻/左翻转动，避免损坏膝关节和受拉韧带。
当膝关节在横断面内受到左旋的力矩时，右侧仿生柔质后交叉韧带E1受拉，产生主要对抗外旋运动的拉力；仿生柔质前交叉韧带C右半部分、右侧仿生柔质腘韧带D1和右侧仿生柔质侧韧带B1均产生拉伸应变，产生拉力。当膝关节在横断面内受到右旋的力矩时，左侧仿生柔质后交叉韧带E2受拉，产生主要对抗右旋运动的拉力；仿生柔质前交叉韧带C左半部分、左侧仿生柔质腘韧带D2和左侧仿生柔质侧韧带B2均产生拉伸应变，产生拉力。此时仿生柔质后交叉韧带组E的材料弹性模量和设置的预紧力都较大，膝关节不会产生右旋或者左旋运动，但若右旋/左旋力矩带给膝关节的冲量很大时，膝关节则会产生微小的右旋/左旋转动，避免损坏膝关节和受拉韧带。
本发明的有益效果为：
1、各条柔质韧带与股骨主件的安装孔位置可选取、柔质韧带的材料属性可选取、柔质韧带的预紧力可选取，使得仿生拉压体膝关节能够适应两足机器人的多种速度和多种负载状态。
2、仿生股骨髁和仿生胫骨髁的柔性材料设计，能够吸收和缓冲来自地面的反冲力；且其仿人体骨骼曲面外形，使得膝关节能产生额状面、矢状面和横断面内的转动，在面对高速或者大载荷时，额状面和横断面内的转动能够有效的缓冲来自外部力或力矩带来的冲击。
3、膝关节中的受拉体与受压体互相连接形成一个空间三维拓扑结构，当其受到外载荷扰动时，均会通过该拓扑结构将应力传递到其他的受压体和受拉体，最终形成一种被动稳定的自稳定结构(不需要能量的输入)，可有效抵抗多维度机械阻抗，并简化控制进而减小能耗。
附图说明
图1为柔性抗冲击仿生拉压体膝关节后侧的装配立体图
图2为柔性抗冲击仿生拉压体膝关节前侧的装配立体图
图3为仿生股骨的主视图
图4为仿生股骨的左视图
图5为仿生股骨的右视图
图6为仿生股骨的仰视图
图7为仿生胫骨的主视图
图8为仿生胫骨的左视图
图9为仿生胫骨的右视图
图10为仿生胫骨的后视图
图11位仿生胫骨的俯视图
图12为图11中A-A截面视图
图13为图11中B-B截面视图
图14为右侧仿生柔质侧韧带的立体图
图15为左侧仿生柔质侧韧带的立体图
图16为左侧仿生柔质侧韧带的主视图
图17为左侧仿生柔质侧韧带的右视图
图18为仿生柔质前交叉韧带的立体图
图19为仿生柔质前交叉韧带的右视图
图20为右侧仿生柔质腘韧带的立体图
图21为左侧仿生柔质腘韧带的立体图
图22为左侧仿生柔质腘韧带的主视图
图23为左侧仿生柔质腘韧带的右视图
图24为右侧仿生柔质后交叉韧带的立体图
图25为左侧仿生柔质后交叉韧带的立体图
图26为左侧仿生柔质后交叉韧带的主视图
图27为左侧仿生柔质后交叉韧带的右视图
图28为仿生柔质髌韧带的立体图
图29为仿生柔质髌韧带的右视图
图30为柔性抗冲击仿生拉压体膝关节弯曲90°的立体图
其中：A.仿生股骨 B1.右侧仿生柔质侧韧带 B2.左侧仿生柔质侧韧带 C.仿生柔质前交叉韧带 D1.右侧仿生柔质腘韧带 D2.左侧仿生柔质腘韧带 E1.右侧仿生柔质后交叉韧带 E2.左侧仿生柔质后交叉韧带 F.仿生胫骨 G.仿生柔质髌韧带 1.股骨连接柱 2.仿生股骨髁 3.螺纹孔组Ⅰ 4.螺纹孔组Ⅱ 5.螺纹孔组Ⅲ 6.螺纹孔组Ⅳ 7.螺纹孔Ⅴ 8.螺纹孔组Ⅵ 9.螺纹孔组Ⅶ 10.螺纹孔Ⅷ 11.螺纹孔组Ⅸ 12.仿生胫骨髁 13.胫骨连接柱 14.螺纹孔组Ⅹ 15.螺纹孔组ⅩⅠ 16.螺纹孔组ⅩⅡ 17.螺纹孔组ⅩⅢ 18.螺纹孔组ⅩⅤ 19.螺纹孔ⅩⅦ 20.螺纹孔ⅩⅥ 21.螺纹孔组ⅩⅣ 22.螺纹孔组ⅩⅧ 23.上端螺栓组Ⅰ 24.下端螺栓组Ⅰ 25.上端螺栓组Ⅱ 26.下端螺栓组Ⅱ27.上端螺栓组Ⅲ 28.下端螺栓组Ⅲ 29.上端螺栓Ⅳ 30.下端螺栓Ⅳ 31.上端螺栓Ⅴ32.下端螺栓Ⅴ 33.上端螺栓组Ⅵ 34.下端螺栓组Ⅵ 35.上端螺栓组Ⅶ 36.下端螺栓组Ⅶ 37.上端螺栓组Ⅷ 38.下端螺栓组Ⅷ
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步分析。
如图1、图2所示，本发明由仿生股骨A、右侧仿生柔质侧韧带B1、左侧仿生柔质侧韧带B2、仿生柔质前交叉韧带C、右侧仿生柔质腘韧带D1、左侧仿生柔质腘韧带D2、右侧仿生柔质后交叉韧带E1、左侧仿生柔质后交叉韧带E2、仿生胫骨F和仿生柔质髌韧带G组成，其中右侧仿生柔质侧韧带B1经其上端螺栓组Ⅰ23，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅲ5螺纹连接；右侧仿生柔质侧韧带B1经其下端螺栓组Ⅰ24，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅠ15螺纹连接；左侧仿生柔质侧韧带B2经其上端螺栓组Ⅱ25，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅵ8螺纹连接；左侧仿生柔质侧韧带B2经其下端螺栓组Ⅱ26，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅢ17螺纹连接；仿生柔质前交叉韧带C经其上端螺栓组Ⅲ27，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅸ11螺纹连接；仿生柔质前交叉韧带C经其下端螺栓组Ⅲ28，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅧ22螺纹连接；右侧仿生柔质腘韧带D1经其上端螺栓Ⅳ29，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔Ⅴ7螺纹连接；右侧仿生柔质腘韧带D1经其下端螺栓Ⅳ30，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔ⅩⅦ19螺纹连接；左侧仿生柔质腘韧带D2经其上端螺栓Ⅴ31，与仿生股骨A中仿生股骨髁2左侧的螺纹孔Ⅷ10螺纹连接；左侧仿生柔质腘韧带D2经其下端螺栓Ⅴ32，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔ⅩⅥ20螺纹连接；右侧仿生柔质后交叉韧带E1经其上端螺栓组Ⅵ33，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅳ6螺纹连接；右侧仿生柔质后交叉韧带E1经其下端螺栓组Ⅵ34，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅤ18螺纹连接；左侧仿生柔质后交叉韧带E2经其上端螺栓组Ⅶ35，与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅶ9螺纹连接；左侧仿生柔质后交叉韧带E2经其下端螺栓组Ⅶ36，与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组ⅩⅣ21螺纹连接；仿生柔质髌带G经其上端螺栓组Ⅷ37与仿生股骨A中仿生股骨髁2的螺纹孔组Ⅰ3螺纹连接；仿生柔质髌带G经其下端螺栓组Ⅷ38与仿生胫骨F中仿生胫骨髁12的螺纹孔组Ⅹ14螺纹连接。
如图3至图6所示，所述的仿生股骨A由股骨连接柱1和仿生股骨髁2组成，总高度L6为162mm；其中股骨连接柱1为圆柱形，高度L7为100mm，股骨连接柱设有由4个半径为3mm的孔组成的螺纹孔组Ⅱ4；仿生股骨髁2上部高度L8为15mm，宽度L9为19.6mm，顶部宽度L10为25mm；后侧壁块的倾斜角θ为160°；仿生股骨髁2下部总高度L1为48mm，总宽度L13为46.5mm，打孔带高度L2为14mm，接触带高度L3为10.5mm,宽度L4为11mm，倒圆角半径R为4.5mm,两接触带之间槽宽L5为27mm，内部槽高度L11为32.8mm；
槽上方壁块轮廓曲线a1a2a3的数学表达式为：y＝0.0002x4-0.057x2-0.1919，x为45.17至43.11mm；壁块厚度L12为8.3mm；
仿生股骨髁2前端设有螺纹孔组Ⅰ3；仿生股骨髁2左右两侧的螺纹孔对称设置，其中左侧上部设有螺纹孔组Ⅲ5，左侧中部设有螺纹孔组Ⅳ6，左侧下部设有螺纹孔Ⅴ7；右侧上部设有螺纹孔组Ⅵ8，右侧中部设有螺纹孔组Ⅶ9，右侧下部设有螺纹孔Ⅷ10；仿生股骨髁2的内端设有螺纹孔组Ⅸ11；各螺纹孔半径为0.8mm；仿生股骨髁2下侧的外形轮廓线是根据人体股骨头的形状曲线以1.5:1的比例缩小而得，其右视的外围轮廓线由b1b2段线、b2b3段线、b3b4段线、b4b5段线、b5b6段线、b6b7段曲线圆滑连接而成。
所述b1b2段线的数学表达式为：x＝0.0159y2-0.8437y+11.179，其中y为33.95至16.41mm；
所述b2b3段线的数学表达式为：y＝0.0885x2-2.4499x+20.147，其中x为1.62至11.25mm；
所述b3b4段线的数学表达式为：y＝-0.0001x3+0.0285x2-1.1793x+13.624，其中x为11.25至34.27mm；
所述b4b5段线的数学表达式为：y＝0.0291x2-1.7256x+26.328，其中x为34.37至40.52mm；
所述b5b6段线的数学表达式为：
x＝0.00001y5-0.0009y4+0.0244y3-0.3706y2+3.4188y+31.085，其中y为4.24至22.17mm；
所述b6b7段线的数学表达式为：y＝-0.2324x2+18.975x-360.82，其中x为45.17至43.11mm；
仿生股骨髁2的顶部中心与股骨连接柱1的底端固接；仿生股骨髁2的下表面涂有铁氟龙材料，用于减小摩擦
如图7至图13所示，所述的仿生胫骨F由仿生胫骨髁12和胫骨连接柱13组成，总高度L14为158mm；其中仿生胫骨髁12的下部高度L16为20mm；仿生股骨髁12顶部设有螺纹孔组ⅩⅧ22，前侧设有螺纹孔组Ⅹ14，左侧设有螺纹孔组ⅩⅠ15，右侧设有螺纹孔组ⅩⅢ17；后侧关于中心线f1f2左右对称，后左中部设有螺纹孔组ⅩⅣ21，后左下部设有螺纹孔ⅩⅥ20，后右中部设有螺纹孔组ⅩⅤ18，后右下部设有螺纹孔ⅩⅦ19；各螺纹孔半径为0.8mm；胫骨连接柱13为圆柱形，高度L15为100mm；设有螺纹孔组ⅩⅡ16；螺纹孔半径为3mm；仿生胫骨髁12的俯视外形轮廓关于中心线c1c4左右对称，其左侧外形轮廓线由c1c2段线、c2c3段线和c3c4段线顺序圆滑连接而成；右侧的正视顶部轮廓为d1d2段线，右视顶部为e1e2段线、e2e3段线。
所述c1c2段线为竖直方向线段，其长度L17为7mm；
所述c2c3段线的数学表达式为：x＝-0.0002y4+0.0126y3-0.3211y2+3.9967y+7.4068，其中y为0至32.93mm；
所述c3c4段线的数学表达式为：y＝0.0266x2-0.1015x+29.459，其中x为0至13.43mm；
所述d1d2段线的数学表达式为：
y＝-0.000004x5+0.0003x4-0.0085x3+0.148x-1.2947x+4.0881，其中x为0至28mm；
所述e1e2段线的数学表达式为：x＝-0.00001y4+0.001y3-0.0063y-0.5966y+9.0071，其中y为6.17至34.5mm；
所述e2e3段线为竖直方向线段，其长度L12为6.17mm；
仿生胫骨髁12的底部与胫骨连接柱13的顶部中心固接，仿生胫骨髁12的上表面涂覆铁氟龙材料，用于减小摩擦。
如图14至图17所示，所述的右侧仿生柔质侧韧带B1和左侧仿生柔质侧韧带B2关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长45mm，宽16mm，厚5mm的长方体柔质弹性体，其中左侧仿生柔质侧韧带B2的正视方向轮廓线为g1g2段线和g2g3段线的圆滑连接线，右视方向的后边轮廓线为g4g5段线；
所述g1g2段线的数学表达式为：y＝-1.3486x2-163.07x-4771.3，其中x为1.3至11.6mm；
所述g2g3段线的数学表达式为：y＝0.151x2-20.641x+851.13，其中x为5.8至0mm；
所述g4g5段线的数学表达式为：y＝-0.6022x3+6.4514x2-22.968x+56.579，x为：7.2至0mm；
右侧仿生柔质侧韧带B1设有上端螺栓组Ⅰ23、下端螺栓组Ⅰ24；左侧仿生柔质侧韧带B2设有上端螺栓组Ⅱ25、下端螺栓组Ⅱ26。
如图18、图19所示，所述的仿生柔质前交叉韧带C在连接之前为长39mm，宽12mm，厚3mm的长方体柔质弹性体，其右视方向的轮廓线为h1h2段线、h2h3段线、h3h4段线；
所述h1h2段线的数学表达式为：y＝0.0851x2-0.8904x，其中x为：0至5mm；
所述h2h3段线的数学表达式为：y＝1.0297x-7.4486，其中x为：5至23mm；
所述h3h4段线的数学表达式为：y＝-0.1007x2+5.5822x+58.893，其中x为：23至28mm；
仿生柔质前交叉韧带C设有上端螺栓组Ⅲ27、下端螺栓组Ⅲ28。
如图20、图21、图22、图23所示，所述的右侧仿生柔质腘韧带D1和左侧仿生柔质腘韧带D2关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长47mm，宽8mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其中左侧仿生柔质腘韧带D2的正视方向轮廓线为i1i2段线、i2i3段线，右视方向的轮廓线为i4i5段线；
所述i1i2段线的数学表达式为：y＝0.0524x2-0.6674x，其中x为0至17.25mm；
所述i2i3段线的数学表达式为：y＝-1.7088x+56.615，其中x为17.25至10.87mm；
所述i4i5段线的数学表达式为：y＝0.0509x2-2.7109x，其中x为0至23.7mm；
右侧仿生柔质腘韧带D1设有上端螺栓Ⅳ29、下端螺栓Ⅳ30；
左侧仿生柔质腘韧带D2设有上端螺栓Ⅴ31、下端螺栓Ⅴ32。
如图24、图25、图26、图27所示，所述的右侧仿生柔质后交叉韧带E1和左侧仿生柔质后交叉韧带E2关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长39mm，宽10mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其中左侧仿生柔质后交叉韧带E2的正视方向轮廓线为j1j2段线、j2j3段线、j3j4段线，右视方向的轮廓线为j5j6段线、j6j7段线；
所述的j1j2段线的数学表达式为：y＝-17.3x+7.56,其中x为-1.05至0mm；
所述的j2j3段线的数学表达式为：y＝-0.65x+7.56,其中x为0至11.58mm；
所述的j3j4段线为竖直方向的直线，长度为2mm；
所述的j5j6段线为竖直方向的直线，长度为14mm；
所述的j6j7段线的数学表达式为：y＝-1.02x,其中x为0至-20.52mm；
右侧仿生柔质后交叉韧带E1设有上端螺栓组Ⅵ33、下端螺栓组Ⅵ34；
左侧仿生柔质后交叉韧带E2设有上端螺栓组Ⅶ35、下端螺栓组Ⅶ36。
如图28、图29所示，所述的仿生柔质髌带G在连接之前为长50mm，宽13mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其右视方向的轮廓曲线为k1k2段线,k2k3段线的圆滑连接线；
所述的k1k2段线的数学表达式为：y＝-8.5025x,其中x为0至-4.22mm；
所述的k2k3段线的数学表达式为：y＝-1.9851x2-2.1247x+62.435,其中x为-4.22至1.39mm；
仿生柔质髌带G设有上端螺栓组Ⅷ37、下端螺栓组Ⅷ38。
如图30所示，所述的右侧仿生柔质侧韧带B1、左侧仿生柔质侧韧带B2、仿生柔质前交叉韧带C、右侧仿生柔质腘韧带D1、左侧仿生柔质腘韧带D2、右侧仿生柔质后交叉韧带E1、左侧仿生柔质后交叉韧带E2和仿生柔质髌韧带G安装后，根据目标旋转角度0-90°，均需施加预应变，右侧仿生柔质侧韧带B1、左侧仿生柔质侧韧带B2的预应变为44.5％-55％，仿生柔质前交叉韧带C的预应变为13％-25％、右侧仿生柔质腘韧带D1、左侧仿生柔质腘韧带D2的预应变为20％-30％，右侧仿生柔质后交叉韧带E1、左侧仿生柔质后交叉韧带E2的预应变为23％-50％，仿生柔质髌韧带G的预应变为40％-60％；仿生柔质侧韧带组B、仿生柔质前交叉韧带C和仿生柔质髌韧带G的材料为弹性模量3.45-6.2MPa的聚氨酯，仿生柔质腘韧带组D、仿生柔质第后交叉韧带组E的材料为弹性模量3.45-4.5Mpa的硅胶。

Claims (9)

1.一种柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，其特征在于：由仿生股骨(A)、右侧仿生柔质侧韧带(B1)、左侧仿生柔质侧韧带(B2)、仿生柔质前交叉韧带(C)、右侧仿生柔质腘韧带(D1)、左侧仿生柔质腘韧带(D2)、右侧仿生柔质后交叉韧带(E1)、左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)、仿生胫骨(F)和仿生柔质髌韧带(G)组成，其中右侧仿生柔质侧韧带(B1)经其上端螺栓组Ⅰ(23)，与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)的螺纹孔组Ⅲ(5)螺纹连接；右侧仿生柔质侧韧带(B1)经其下端螺栓组Ⅰ(24)，与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔组ⅩⅠ(15)螺纹连接；左侧仿生柔质侧韧带(B2)经其上端螺栓组Ⅱ(25)，与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)的螺纹孔组Ⅵ(8)螺纹连接；左侧仿生柔质侧韧带(B2)经其下端螺栓组Ⅱ(26)，与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔组ⅩⅢ(17)螺纹连接；仿生柔质前交叉韧带(C)经其上端螺栓组Ⅲ(27)，与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)的螺纹孔组Ⅸ(11)螺纹连接；仿生柔质前交叉韧带(C)经其下端螺栓组Ⅲ(28)，与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔组ⅩⅧ(22)螺纹连接；右侧仿生柔质腘韧带(D1)经其上端螺栓Ⅳ(29)，与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)的螺纹孔Ⅴ(7)螺纹连接；右侧仿生柔质腘韧带(D1)经其下端螺栓Ⅳ(30)，与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔ⅩⅦ(19)螺纹连接；左侧仿生柔质腘韧带(D2)经其上端螺栓Ⅴ(31)，与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)左侧的螺纹孔Ⅷ(10)螺纹连接；左侧仿生柔质腘韧带(D2)经其下端螺栓Ⅴ(32)，与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔ⅩⅥ(20)螺纹连接；右侧仿生柔质后交叉韧带(E1)经其上端螺栓组Ⅵ(33)，与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)的螺纹孔组Ⅳ(6)螺纹连接；右侧仿生柔质后交叉韧带(E1)经其下端螺栓组Ⅵ(34)，与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔组ⅩⅤ(18)螺纹连接；左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)经其上端螺栓组Ⅶ(35)，与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)的螺纹孔组Ⅶ(9)螺纹连接；左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)经其下端螺栓组Ⅶ(36)，与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔组ⅩⅣ(21)螺纹连接；仿生柔质髌带(G)经其上端螺栓组Ⅷ(37)与仿生股骨(A)中仿生股骨髁(2)的螺纹孔组Ⅰ(3)螺纹连接；仿生柔质髌带(G)经其下端螺栓组Ⅷ(38)与仿生胫骨(F)中仿生胫骨髁(12)的螺纹孔组Ⅹ(14)螺纹连接。
2.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，其特征在于：所述的仿生股骨(A)由股骨连接柱(1)和仿生股骨髁(2)组成，总高度L6为162mm；其中股骨连接柱(1)为圆柱形，高度L7为100mm，股骨连接柱设有由4个半径为3mm的孔组成的螺纹孔组Ⅱ(4)；仿生股骨髁(2)上部高度L8为15mm，宽度L9为19.6mm，顶部宽度L10为25mm；后侧壁块的倾斜角θ为160°；仿生股骨髁(2)下部总高度L1为48mm，总宽度L13为46.5mm，打孔带高度L2为14mm，接触带高度L3为10.5mm,宽度L4为11mm，倒圆角半径R为4.5mm,两接触带之间槽宽L5为27mm，内部槽高度L11为32.8mm；槽上方壁块轮廓曲线a1a2a3的数学表达式为：
Y＝0.0002x4-0.057x2-0.1919，x为45.17至43.11mm；壁块厚度L12为为8.3mm；
仿生股骨髁(2)前端设有螺纹孔组Ⅰ(3)；仿生股骨髁(2)左右两侧的螺纹孔对称设置，其中左侧上部设有螺纹孔组Ⅲ(5)，左侧中部设有螺纹孔组Ⅳ(6)，左侧下部设有螺纹孔Ⅴ(7)；右侧上部设有螺纹孔组Ⅵ(8)，右侧中部设有螺纹孔组Ⅶ(9)，右侧下部设有螺纹孔Ⅷ(10)；仿生股骨髁(2)的内端设有螺纹孔组Ⅸ(11)；各螺纹孔半径为0.8mm；仿生股骨髁(2)下侧的外形轮廓线是根据人体股骨头的形状曲线以1.5:1的比例缩小而得，其右视的外围轮廓线由b1b2段线、b2b3段线、b3b4段线、b4b5段线、b5b6段线、b6b7段曲线圆滑连接而成；
所述b1b2段线的数学表达式为：x＝0.0159y2-0.8437y+11.179，其中y为33.95至16.41mm；
所述b2b3段线的数学表达式为：y＝0.0885x2-2.4499x+20.147，其中x为1.62至11.25mm；
所述b3b4段线的数学表达式为：y＝-0.0001x3+0.0285x2-1.1793x+13.624，其中x为11.25至34.27mm；
所述b4b5段线的数学表达式为：y＝0.0291x2-1.7256x+26.328，其中x为34.37至40.52mm；
所述b5b6段线的数学表达式为：
x＝0.00001y5-0.0009y4+0.0244y3-0.3706y2+3.4188y+31.085，其中y为4.24至22.17mm；
所述b6b7段线的数学表达式为：y＝-0.2324x2+18.975x-360.82，其中x为45.17至43.11mm；
仿生股骨髁(2)的顶部中心与股骨连接柱(1)的底端固接；仿生股骨髁(2)的下表面涂有铁氟龙材料。
3.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，其特征在于：所述的仿生胫骨(F)由仿生胫骨髁(12)和胫骨连接柱(13)组成，总高度L14为158mm；
其中仿生胫骨髁(12)的下部高度L16为20mm；仿生股骨髁(12)顶部设有螺纹孔组ⅩⅧ(22)，前侧设有螺纹孔组Ⅹ(14)，左侧设有螺纹孔组ⅩⅠ(15)，右侧设有螺纹孔组ⅩⅢ(17)；后侧关于中心线f1f2左右对称，后左中部设有螺纹孔组ⅩⅣ(21)，后左下部设有螺纹孔ⅩⅥ(20)，后右中部设有螺纹孔组ⅩⅤ(18)，后右下部设有螺纹孔ⅩⅦ(19)；各螺纹孔半径为0.8mm；胫骨连接柱(13)为圆柱形，高度L15为100mm；设有螺纹孔组ⅩⅡ(16)；螺纹孔半径为3mm；仿生胫骨髁(12)的俯视外形轮廓关于中心线c1c4左右对称，其左侧外形轮廓线由c1c2段线、c2c3段线和c3c4段线顺序圆滑连接而成；右侧的正视顶部轮廓为d1d2段线，右视顶部为e1e2段线、e2e3段线；
所述c1c2段线为竖直方向线段，其长度L17为7mm；
所述c2c3段线的数学表达式为：x＝-0.0002y4+0.0126y3-0.3211y2+3.9967y+7.4068，其中y为0至32.93mm；
所述c3c4段线的数学表达式为：y＝0.0266x2-0.1015x+29.459，其中x为0至13.43mm；
所述d1d2段线的数学表达式为：
y＝-0.000004x5+0.0003x4-0.0085x3+0.148x-1.2947x+4.0881，其中x为0至28mm；
所述e1e2段线的数学表达式为：x＝-0.00001y4+0.001y3-0.0063y-0.5966y+9.0071，其中y为6.17至34.5mm；
所述e2e3段线为竖直方向线段，其长度L12为6.17mm；
仿生胫骨髁(12)的底部与胫骨连接柱(13)的顶部中心固接，仿生胫骨髁(12)的上表面涂覆铁氟龙材料。
4.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，其特征在于：所述的右侧仿生柔质侧韧带(B1)和左侧仿生柔质侧韧带(B2)关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长45mm，宽16mm，厚5mm的长方体柔质弹性体，其中左侧仿生柔质侧韧带(B2)的正视方向轮廓线为g1g2段线和g2g3段线的圆滑连接线，右视方向的后边轮廓线为g4g5段线；
所述g1g2段线的数学表达式为：y＝-1.3486x2-163.07x-4771.3，其中x为1.3至11.6mm；
所述g2g3段线的数学表达式为：y＝0.151x2-20.641x+851.13，其中x为5.8至0mm；
所述g4g5段线的数学表达式为：y＝-0.6022x3+6.4514x2-22.968x+56.579，x为：7.2至0mm；
右侧仿生柔质侧韧带(B1)设有上端螺栓组Ⅰ(23)、下端螺栓组Ⅰ(24)；左侧仿生柔质侧韧带(B2)设有上端螺栓组Ⅱ(25)、下端螺栓组Ⅱ(26)。
5.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，其特征在于：所述的仿生柔质前交叉韧带(C)在连接之前为长39mm，宽12mm，厚3mm的长方体柔质弹性体，其右视方向的轮廓线为h1h2段线、h2h3段线、h3h4段线；
所述h1h2段线的数学表达式为：y＝0.0851x2-0.8904x，其中x为：0至5mm；
所述h2h3段线的数学表达式为：y＝1.0297x-7.4486，其中x为：5至23mm；
所述h3h4段线的数学表达式为：y＝-0.1007x2+5.5822x+58.893，其中x为：23至28mm；
仿生柔质前交叉韧带(C)设有上端螺栓组Ⅲ(27)、下端螺栓组Ⅲ(28)。
6.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，所述的右侧仿生柔质腘韧带(D1)和左侧仿生柔质腘韧带(D2)关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长47mm，宽8mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其中左侧仿生柔质腘韧带(D2)的正视方向轮廓线为i1i2段线、i2i3段线，右视方向的轮廓线为i4i5段线；
所述i1i2段线的数学表达式为：y＝0.0524x2-0.6674x，其中x为0至17.25mm；
所述i2i3段线的数学表达式为：y＝-1.7088x+56.615，其中x为17.25至10.87mm；
所述i4i5段线的数学表达式为：y＝0.0509x2-2.7109x，其中x为0至23.7mm；
右侧仿生柔质腘韧带(D1)设有上端螺栓Ⅳ(29)、下端螺栓Ⅳ(30)；左侧仿生柔质腘韧带(D2)设有上端螺栓Ⅴ(31)、下端螺栓Ⅴ(32)。
7.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，所述的右侧仿生柔质后交叉韧带(E1)和左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)关于矢状面对称设置，且在连接之前均为长39mm，宽10mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其中左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)的正视方向轮廓线为j1j2段线、j2j3段线、j3j4段线，右视方向的轮廓线为j5j6段线、j6j7段线；
所述的j1j2段线的数学表达式为：y＝-17.3x+7.56,其中x为-1.05至0mm；
所述的j2j3段线的数学表达式为：y＝-0.65x+7.56,其中x为0至11.58mm；
所述的j3j4段线为竖直方向的直线，长度为2mm；
所述的j5j6段线为竖直方向的直线，长度为14mm；
所述的j6j7段线的数学表达式为：y＝-1.02x,其中x为0至-20.52mm；
右侧仿生柔质后交叉韧带(E1)设有上端螺栓组Ⅵ(33)、下端螺栓组Ⅵ(34)；左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)设有上端螺栓组Ⅶ(35)、下端螺栓组Ⅶ(36)。
8.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，其特征在于：所述的仿生柔质髌带(G)在连接之前为长50mm，宽13mm，厚3mm长方体柔质弹性体；其右视方向的轮廓曲线为k1k2段线,k2k3段线的圆滑连接线；
所述的k1k2段线的数学表达式为：y＝-8.5025x,其中x为0至-4.22mm；
所述的k2k3段线的数学表达式为：y＝-1.9851x2-2.1247x+62.435,其中x为-4.22至1.39mm；
仿生柔质髌带(G)设有上端螺栓组Ⅷ(37)、下端螺栓组Ⅷ(38)。
9.按权利要求1所述的柔性抗冲击仿生拉压体膝关节，其特征在于：所述的右侧仿生柔质侧韧带(B1)、左侧仿生柔质侧韧带(B2)、仿生柔质前交叉韧带(C)、右侧仿生柔质腘韧带(D1)、左侧仿生柔质腘韧带(D2)、右侧仿生柔质后交叉韧带(E1)、左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)和仿生柔质髌韧带(G)安装后，根据目标旋转角度0-90°，均需施加预应变，右侧仿生柔质侧韧带(B1)、左侧仿生柔质侧韧带(B2)的预应变为44.5％-55％，仿生柔质前交叉韧带(C)的预应变为13％-25％、右侧仿生柔质腘韧带(D1)、左侧仿生柔质腘韧带(D2)的预应变为20％-30％，右侧仿生柔质后交叉韧带(E1)、左侧仿生柔质后交叉韧带(E2)的预应变为23％-50％，仿生柔质髌韧带(G)的预应变为40％-60％；仿生柔质侧韧带组(B)、仿生柔质前交叉韧带(C)和仿生柔质髌韧带(G)的材料为弹性模量3.45-6.2MPa的聚氨酯，仿生柔质腘韧带组(D)、仿生柔质第后交叉韧带组(E)的材料为弹性模量3.45-4.5Mpa的硅胶。
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